Poglavlje 5 Infracrveni Gasni Senzori Infracrvena (IR) gasna detekcija je dobro razvijena merna tehnologija. Infracrvene gasne analizatore prati reputacija da su komplikovani, glomazni, i skupi. Meutim, nova tehnika unapreenja, ukljuujui mogunosti snanih pojaavaa i prateih elektronskih komponenti, su otvorila novu granicu za infracrvene gasne analizatore. Ova unapreenja su rezultovala usled poveanih zahteva u komercijalnom sektoru, i ovi zahtevi e verovatno nastaviti da potstrekuju napredak ove tehnologije. Gasovi koje treba detektovati su esto korozivni i reaktivni. Kod veine tipova senzora, sam senzor je direktno izloen gasovima, esto izazivajui odstupanja senzora ili prerani otkaz istog. Glavna prednost IR instrumenata je ta da detektor ne dolazi u direktnu interakciju sa gasom (ili gasovima) koji se detektuju. Glavne funkcionalne komponente analizatora su zatiene optikim delovima. Drugim reima, gasni molekuli interaguju samo sa svetlosnim snopom. Samo je elija za uzorkovanje i njene komponente direktno izloena toku gasa koji se uzorkuje. Ove komponente se mogu tretirati, kako bi bile otporne na koroziju, i mogu biti dizajnirane tako da budu jednostavno izmenjive za odravanje ili zamenu. U dananje vreme, puno IR instrumenata je dostupno za irok spektar primena. Mnogi od njih nude jednostavan, robustan, i pouzdan dizajn. Uopteno, za primene monitoringa toksinih i zapaljivih gasova, IR instrumenti su meu najjednostavijim za upotrebu i zahtevaju najmanji stepen odravanja. Gotovo su bezbrojne primene za koje se IR tehnologija moe upotrebiti. Gasovi iji molekuli sadre dva ili vie razliitih atoma absorbuju infracrveno zraenje na jedinstven nain i mogu se detektovati upotrebom IR tehnika. Infracrveni senzori su visoko selektivni i nude irok opseg osetljivosti, od ppm nivoa do 100 procentnih koncentracija. Ovo poglavlje daje opte informacije, sa specijalnim naglaskom na instrumente koji se koriste za bezbedonosne primene kao i za kontrolu kvaliteta vazduha.

Princip Rada Infracrveni princip detekcije ukljuuje samo malu koliinu vrlo irokog elektromagnetnog spektra. Ova koliina zraenja je tolika da je moemo osetiti kao toplotu. Ovo je oblast bliska vidljivom delu spektra na koju su nae oi osetljive. Elektromagnetsko zraenje putuje brzinom blizu 3 x 108 m/sec i sinusoidnog je oblika. Podsetimo se bazine fizike elektromagnetskog zraenja definisanjem terminologije u vezi sa njim.

Talas: Slino talasu u okeanu, elektromagnetni talasi zraenja osciluju, jedan talas za drugim. Postoje i elektromagnetski i mehaniki talasi, kod mehanikih talasa talasne duine su mnogo due. Slika 2 ilustruje mehaniki talas.

Frekvencija: Broj talasa u sekundi koji prolaze kroz taku. Elektromagnetski talas putuje brzinom svetlosti koja je 300 miliona metara u sekundi, ili 3 x 108 m/sec. Zbog toga, frekvencija je brzina svetlosti podeljena sa talasnom duinom, i izraava se kao broj talasa u sekundi, ili herc (Hz). Talasna duina: Rastojanje izmeu dva vrha talasa, ili rastojanje izmeu dva talasa. Ona se esto izraava u mikronima. To je veoma popularan izraz koji se koristi za prikazivanje absopcionih opsega gasnih molekula kao i za karakteristike optikih komponenti. Talasni broj: broj talasa u jednom centimetru. On je reciproan talasnoj duini. Poto je 1 mikron = 10-6 m = 10-4 cm, reciprono jednom mikronu je 1/10-4 (10,000 talasnih brojeva po cm), i 2 mikrona = 5000 talasnih brojeva po cm. Formula je:

Talasni broj = 1/talasna duina Transmitansa: Odnos izmeu preneene energije zraenja i poetne energije. Neodaslana energija je absorbovana i reflektovana. Ovo se koristi za specifikacije optikih delova. Absorbansa: Suprotno od transmitanse. Koristi se za opisivanje koliine energije absorbovane od strane gasnih molekula. I procentualna absorpcija i procentualna transmitansa se koriste kao y-osa u odnosu na talasni broj ili talasnu duinu kao x-osa u infracrvenom spektru. Talasni broj i talasna duina su esti izrazi koje koriste naunici za opisivanje infracrvene oblasti za gasnu analizu jer obezbeuju pogodan metod za izraavanje frekvencije zraenja i mehanizme interakcije izmeu infracrvenog zraenja i gasnih molekula. Matematiki, oni su reciproni meusobno.

Na primer, gas metan poseduje absorpcionu talasnu duinu od 3.4 mikrona, ili talasni broj od 2941 cm-1. (Slika 4, prikazuje spektroskopski opis metana to ilustruje da metan poseduje jaki absorpcioni pik na 3.4, ili talasni broj od 2941 cm-1). Elektromagnetski talasi se prostiru kroz prostor ili materiju preko oscilovanja elektrinog i magnetnog polja. U vakuumu, oni putuju brzinom svetlosti. Ukupan opseg frekvencija ovih talasa se naziva elektromagnetski spektar. Ovaj opseg frekvencija se prostire od gama zraka od 1020 Hz do radio talasa od 106 Hz. Oni su podeljeni od viih do niih frekvencija kao gama zraci, x-zraci, ultraljubiasta svetlost, vidljiva svetlost, infracrvena svetlost, mikrotalasi, i radio talasi. Slika 3 prikazuje elektromagnetski spektar. Vidljiva svetlost, pri priblino 4 x 1014 Hz (ili 0.4 do 0.7 mikrona), je zapravo samo vrlo uski deo spektra. Infracrveno je tik ispod vidljive svetlosti, i ovo objanjava zato je oseamo (ali je ne vidimo) u vidu temperature. Infracrvena oblast je najkorisnija za gasnu analizu jer je absorpcija od strane gasnih molekula jedinstvena i selektivna u ovoj oblasti. Jedinstveni Otisci Gasne Absorpcije. Kompleksnost gasnih molekula odreuje broj absorpcionih pikova. to vie atoma sainjava molekul, vie absorpcionih opsega e se pojaviti. Oblast u kojoj se pojavljuje absorpcija, koliina absorpcije, i specifini karakter absorpcione krive je jedinstven za svaki gas. Gasni molekuli se mogu identifikovati upotrebom njihovih absorpcionih karakteristika i arhivirati za svrhe gasne analize i identifikacije. Biblioteka ovih kriva se moe sauvati u memoriji unutar instrumenta. Kada se dati gas skenira instrumentom, grafik se zatim uporeuje sa memorisanim krivama za identifikaciju gasnih molekula. Ovaj metod gasne analize je najpopularniji u analitikoj hemiji.

U primenama za gasni monitoring, samo jedna specifina absorpciona oblast se koristi za kvantitativno odreivanje gasne koncentracije. Talasne duine u ovoj oblasti su izmeu 2 i 15 mikrona ili talasni brojevi od 5,000 do 670 cm-1. Tipini spektroskopski zapis metana je prikazan na Slici 4. Zapis pokazuje da gas metan poseduje jaki absorpcioni pik na 3.4 mikrona, to je talasna duina koja se koristi kod detekcije metana. Zapravo, najei ugljovodonini gasovi poseduju jaku absorpciju u 3.4 mikronskoj oblasti. S druge strane, ugljen dioksid se jako absorbuje na 4.26 mikrona, dok ugljen monoksid absorbuje jako na 4.7 mikrona. Prirodne Frekvencije Gasnih Molekula. Gasni molekuli su sainjeni od veeg broja atoma meusobno povezanih. Ove meuatomske veze su sline oprugama, povezujui meusobno atome razliitih masa. Slika 5 ilustruje molekul vode sa jednim atomom kiseonika i dva atoma vodonika. Ovo vezivanje vibrira sa fiksnom frekvencijom koja se naziva prirodna frekvencija.

Sva materija poseduje prirodnu frekvenciju. Golden Gate most u San Francisku poseduje prirodnu frekvenciju, i balkon u pozoritu poseduje prirodnu frekvenciju. Iako su ovo mehaniki talasi, teoretski oni su slini elektromagnetskim talasima. Ako vetar ili zemljotres prodrma most sa istom frekvencijom kao to je prirodna ili rezonantna frekvencija mosta, ovo moe izazvati mnogo jau vibraciju sa vrlo visokom amplitudom, kao to je prikazano na slici 6, rezultujui ozbiljnim oteenjima. Ljudi koji se kreu po balkonu proizvode vibracije odreenih frekvencija, to moe dovesti do slinog efekta. Zbog toga, prirodna frekvencija strukture je stvar interesovanja za strukturne inenjere. Gasni molekuli poseduju brojne prirodne frekvencije. to su molekuli vei, poseduju vie modova prirodne frekvencije. Prirodne frekvencije su takoe odreene molekularnom strukturom hemikalija.

One su uvek iste za dati molekul i strukturu vezivanja. Pojedinane osobine koje pokazuju hemikalije postaju njen potpis i daju tragove za identifikaciju molekularne strukture datih hemiskih jedinjenja.

Dva naina Detekcije. Infracrveno zraenje sadri irok spektralni sadraj. Kada ovo zraenje interaguje sa gasnim molekulima, deo energije poseduje istu frekvenciju kao to je prirodna frekvencija gasnih molekula i ona biva absorbovana dok se ostatak zraenja prenosi. Kada gasni molekul absorbuje ovo zraenje, molekuli dobijaju energiju i vibriraju jo snanije. Ove vibracije dovode do porasta temperature gasnih molekula. Temperatura raste proporcionalno gasnoj koncentraciji, i detektuje se pomou detektora. Sa druge strane, zraenje absorbovano od strane gasnih molekula na odreenoj talasnoj duini e dovesti do slabljenja u snazi originalnog izvora. Ovo opadanje energije zraenja se takoe moe detektovati kao signal.

Kljune Komponente za Analizu Da bi smo dobili koristan signal za gasnu analizu, koriste se brojne komponente i delovi razliitog dizajna u dananje vreme. Meutim, ne postoje specifina pravila u vezi izbora svake od komponenti. Konfiguracija ovih instrumenata zavisi od toga ta se eli postii i diskrecije dizajnera. Sledi opis glavnih komponenti. 1. Detektor: Infracrveni detektori konvertuju energiju elektromagnetnog zraenja ili temperaturne promene u elektrine signale. Postoji puno tipova infracrvenih detektora i svaki tip detektora nudi iroki opseg performansi karakteristika. Neki tipovi su ukratko opisani dole: a. Termoelektri~ni: Detektor koji konvertuje temperaturu u elektrini signal se najee naziva termopar. Spoj razliitih metala generie elektrini potencijal, koji je direktno proporcionalan sa temperaturom. Ovaj spoj se moe izvesti u vidu viestrukih spojeva kako bi se poboljala osetljivost. Takva konfiguracija se naziva thermosveanj. Upotrebom tehnika koje se koriste u industriji poluprovodnika, puno spojeva je povezano u seriju kako bi se umnoio izlazni signal ureaja, uprkos tome detektorsko kuite je minijaturno i kompaktno. Veliina i masa ureaja su bitne u odreivanju vremena odziva i drugih karakteristika ureaja. Ovaj detektor ima relativno sporo vreme odziva, ali nudi prednosti DC stabilnosti, i ne zahteva nikakav prednapon, i osetljiv je na sve talasne duine. Ovo je najjednostavniji nain konvertovanja svetlosne energije u elektrini signal. b. Termistorski Bolometar: Bolometar menja otpor kada izvorno infracrveno zraenje interaguje sa detektorom. Ovaj termiki osetljiv poluprovodnik je izraen od sinterovanog metal-oksidnog materijala. On poseduje visok temperaturni koeficijent otpora.

c. Piroelektrini Detektor: Piroelektrini materijali su kristali, kao npr. litijum tantalat, koji pokazuje spontanu polarizaciju, ili koncentrovani elektrini naboj koji je temperaturno zavistan. Kada infracrveno zraenje pogodi detektorsku povrinu, promena u temperaturi dovodi do protoka struje. Ova struja je proporcionalna intenzitetu zraenja. Ovaj detektor pokazuje dobru osetljivost i dobar odziv na

iroki opseg talasnih duina, i ne zahteva rashlaivanje detektora. Ovo je najee korien detektor za gasne monitore. d. Fotonski Detektor: Fotoni poseduju energiju u zavisnosti od njihove talasne duine i intenziteta. Fotonski detektor detektuje kvantnu interakciju izmeu izvornih fotona i poluprovodnog materijala. Foton koji udari u elektron sa dovoljno energije moe podii elektron iz neprovodnog stanja u provodno stanje. Prisustvo elektrona u provodnoj oblasti e poveati provodnost ipa, i prednapon registruje ovu promenu kao signal. Da bi se pobudio elektron foton mora da poseduje odreenu koliinu energije. Krae talasne duine imaju vilje frekvencije, i zbog toga i veu energiju. Ovaj detektor funkcionie u ogranienom delu spektra, koji zavisi od materijala koji se upotrebi za detektor. Tipino, detektor se mora hladiti sa termoelektrinim hladnjakom ili ak sa tenim azotom da bi pravilno funkcionisao. Tipini primer ovakvih detektora su olovo-sulfidni (PbS) detektori koji se koriste za opseg 1-3 mikrona, i olovo-selenidni (PbSe) detektori za 1-5 mikronsko podruje.

e. Luft Detektor: Re luft je Nemaka re koja znai vazduh, i originalni luft detektori su dizajnirani u Nemakoj. Luft detektor se sastoji od dve komore, povezane ili senzorom mikro protoka ili podeljene membranom. Komore su zaptivene sa merenim gasom na niskom pritisku. IC providni prozori su montirani kako bi zaptili komore i isti intenzitet impulsnog infracrvenog zraenja primaju obe komore kada mereni gas nije prisutan. Kada uzorak koji sadri gas koji se meri protie kroz eliju za uzorkovanje, redukcija u energiji zraenja se detektuje u detektorskoj komori, to dovodi do opadanja temperature i pritiska u detektorskoj komori. Nivo pada temperature ili pritiska je direktno proporcionalan sa gasnom koncentracijom. U sluaju povezanih komora, razlika pritisaka izmeu dve komore izaziva protok koji se moe detektovati, i koji se meri kao signal. U sluaju kada membrana deli dve komore, pomeraj dijafragme izaziva merljivu promenu kapaciteta.

Ovaj detektor poseduje puno korisnih primena kao analizator, i poseduje dobar potencijal za dalji razvoj.

f. Fotoakusti~ni Detektor: Ovaj detektor je slian luft detektoru osim to se promena pritiska meri pomou kondenzatorskog mikrofona. Gasni uzorak prolazi kroz komoru tokom podeenih vremenskih intervala i komora je zatvorena sa fiksnom zapreminom gasnog uzorka unutar nje. Specifina talasna duina infracrvenog zraenja impulsno ulazi u komoru kroz IC providan prozor. Pulsirajue promene pritiska se mere pomou mikrofona kao frekventne promene koje proizvode merni signal. 2. Infrared Source: Obina sijalica sa uarenim vlaknom je dobar IC izvor. Zagrejani segment vlakna, slino kao kod malih bateriskih lampi, izrauje dovoljno energije u 1-5 mikronskom opsegu za detekciju veine ugljovodonika, ugljen dioksida, i ugljen monoksida. Ovaj jednostavan i jeftin izvor svetlosti nudi dug ivotni vek i dugoronu stabilnost. Bilo koji izvor koji moe da generie dovoljnu koliinu zraenja na talasnim duinama od interesa za detekciju specifinih gasova se moe upotrebiti. Postoji puno dostupnih svetlosnih izvora, od specijalno dizajniranih usijavajuih filamenata do elektronski generisanih izvora. Modulisanje svetlosti. U zavisnosti od tipa detektora koji se koristi, moe biti neophodno modulisati svetlosni izvor, ukljuivanjem i iskljuivanjem istog sa specifinom frekvencijom, kako bi detektor i odgovarajua elektronska kola funkcionisali pravilno. Tipino, ovo se vri proputanjem svetlosti kroz laminarni zastor, koji izgleda slino propeleru na ventilatoru. Ovaj zastor prekida svetlosni snop, stvarajui impulsnu frekvenciju. Frekvencija je odreena brzinom motora i gustinom otvora na zastoru. Prednost zastora je ta da je jednostavan i da moe da obezbedi visoku frekvenciju, koju ne bi mogao da obezbedi pulsirajui filamentski izvor. Ovo je tako iz razloga jer je filament usijana ica i ograniena joj je frekvencija zbog nemogunosti brzog zagrevanja i hlaenja. Iako zastori imaju prednosti, velike dimenzije zastora i motorskog sklopa mogu biti prepreka za primene gde se zahteva jednostavan, robustan instrument za upotrebu na teko pristupanim lokacijama. Iz ovog razloga, izvori sa pulsirajuim filamentom se koriste kada god je to mogue. Izvor sa pulsirajuim filamentom tipino daje talasne duine u opsegu od 2-5 mikrona, u zavisnosti od temperature filamenta i materijala od kog je nainjen balon sijalice. Postoji puno razliitih svetlosnih izvora i modulacionih tehnika na tritu.

3. Optiki filter: Postoje dva bazina tipa gasnih analizatora, koji se nazivaju disperzivni i nedisperzivni. Razlika izmeu njih je nain na koji se specifine talasne duine od interesa ekstrakuju iz infracrvenog izvora svetlosti. Disperzivni tipovi koriste optiki ureaj kao to su reetka ili prizma za irenje spektra svetlosti preko podruja koje sadri talasne duine od interesa. Nedisperzivni tipovi koriste diskretne optike filtere propusne za odreeni opseg, slino naoarima za sunce koje se koriste za zatitu oiju koje filtriraju neeljeno UV zraenje. Ovaj tip konfiguracije se esto obeleava kao nedisperzivni infracrveni (NDIR). Skoro svi komercijalni IR instrumenti su nedisperzivnog tipa. Instrumenti disperzivnog tipa se tipino koriste samo za specijalne namene. Filter propusnik opsega je jedna od najbitnijih komponenti pri dizajniranju ureaja za tip gasova koji se analiziraju i selektivnost analizatora. Filtere u optem sluaju proizvode specijalizovani proizvoai optike. Tipine specifikacije za metanske filtere su prikazane na slici 7.

Procentualna transmitanca predstavlja odnos proputenog zraenja i poetnog zraenja. irina opsega se definie kao opseg talasnih duina koje prolaze kroz filter na polovini vrne propusne take. irina opsega odreuje selektivnost filtera, i samim tim selektivnost instrumenta. Centralna talasna duina odreuje gas koji e se detektovati. Postoje odreeni dizajni gde su filteri razliitih talasnih duina montirani u revolver nosau. Izlaganjem gasne meavine razliitim filterima, razliiti gasovi u gasnoj meavini se mogu identifikovati.

4. Gasna elija/Putanja svetlosti: Gasne elije su esto dizajnirane na nain koji dozvoljava putanji svetlosti da interaguje sa gasnim uzorkom. Ovo se normalno vri upotrebom cevi koja dozvoljava da svetlost ulazi sa jednog kraja a da izlazi sa drugog, gde dolazi do detektora.

Postoje ulazni i izlazni portovi koji dozvoljavaju gasnom uzorku da cirkulie kroz cev. Duina puta, ili rastojanje du koga svetlost prolazi kroz gas, se naziva duina gasne elije. Ova duina je direktno proporcionalna koliini absorbovanog zraenja; to jest, to je put dui, vie zraenja e biti absorbovano. Vea duina puta rezultuje jaim izlaznim signalom pri istoj koliini zraenja. Poto su gasne elije u direktnom kontaktu sa gasnim uzorkom, poeljno je konstruisati ih uz upotrebu hemiski inertnih materijala kako bi se obezbedila dugorona stabilnost i pouzdanost instrumenta.

Konfiguracija Postoje brojni naini na koji se razliite IC komponente mogu rasporediti da formiraju gasni analizator. Dizajn moe biti relativno jednostavan, ili veoma komplikovan, upotrebom puno razliitih optikih komponenti u zavisnosti od tipa analizatora za datu primenu. Za primene koje zahtevaju visoku osetljivost, selektivnost, i stabilnost, dizajn analizatora je kompleksniji. Za primene gde selektivnost i osetljivost mogu biti i manje zarad pouzdanosti u tekim, industriskim okruenjima, jednostavniji dizajn se moe implementirati. Slike 8, 9, i 10 ilustruju neke od osnovnih osobina IC analizatora. Slika 8 prikazuje osnovnu izvedbu: (1) IC izvora, (2) filtera propusnika opsega, i (3) interakciju sa gasnim uzorkom i detektor. U zavisnosti od upotrebljenog detektora, filter propusnik opsega moe biti postavljen ispred izvora svetlosti, umesto postavljanja istog ispred detektora. Slika 9 prikazuje slini raspored osim to se koriste dva detektora. Modulisana Pulsirajua svetlost sa IC izvora se reflektuje natrag ka detektorima. Aktivni detektor ima filter za mereni gas, dok referentni detektor poseduje filter sa drugaijom talasnom duinom.

Drugim reima, aktivni detektor se koristi za detekciju ciljnog gasa a referentni detektor se koristi za ignorisanje ciljnog gasa. U realnom radu, referentni detektor daje bazinu vrednost ili nultu taku dok se aktivni detektor koristi za dobijanje signala; pomou razlike sa dva detektora koji daju pravu vrednost opsega instrumenta. Ovakav raspored poseduje prednost kompenzacije na promene koje se javljaju u osetljivosti detektora tokom vremena. Na primer, intenzitet izvora svetlosti se moe promeniti tokom vremena zbog kontaminacije, koja e dovesti do odstupanja nule. Dvo-detektorso reenje minimizuje ovaj tip odstupanja. Takoe, kod ovog reenja, duina puta se udvostruuje to dovodi do pojaanja snage izlaznog signala. Slika 10 ilustruje jo jedan popularni dizajn. Ovaj dizajn koristi dve cevi ili elije. Jedna je referentna elija koja je napunjena sa istim ciljnim gasom ili referentnim gasom, dok je druga elija za uzorkovanje kroz koju gasni uzorak prolazi. Rotacioni zastor se koristi kod ove konfiguracije, koji je u osnovi disk sa puno proreza na njemu. Kako se zastor okree, on periodino dozvoljava snopu svetlosti da prolazi kroz gasni uzorak i referentnu eliju. Pojedinani detektor dobija osnovno oitavanje sa referentne elije, slino kao kod referentnog detektora na slici 9. Gasni signal se dobija sa elije za uzorkovanje.

Karakteristike 1. Temperatura: IC detektor je u osnovi temperaturni senzor i, zbog toga, potencijalno veoma osetljiv na promene u spoljanjoj temperaturi. Meutim, pravilno dizajniran detektor moe raditi na temperaturama izmeu -40C i 60C a da ne bude osetljiv na promene u spoljanjoj temperaturi. Veina detektora ne reaguje dobro na iznenadne temperaturne varijacije. Instrument tipino zahteva 10 do 20 minuta da postigne temperaturnu ravnoteu. Kod ureaja za spoljanju primenu, ovo uobiajeno ne predstavlja ozbiljan problem jer se spoljanja temperatura menja relativno sporo. Generalno, detektorska jedinica radi na temperaturama koje su blago iznad temperature okoline kako bi se spreila kondenzacija. Kondenzacija vodene pare na optici i/ili na detektoru moe ozbiljno uticati na performanse analizatora.

2. Vlanost: Normalna atmosferska vlanost ima vrlo malo uticaja. Meutim, visoka vlanost moe izazvati koroziju i kontaminaciju koja dovodi do kvara analizatora. Visoka vlanost predstavlja jo ozbiljniji problem u prisustvu korozivnih gasova. Putanja talasa (komora za uzorkovanje) se moe konstruisati od bilo kog materijala koji ne absorbuje IC svetlost. Najee korieni materijali su nerajui elik, aluminijum, ili bakar, obloeni sa nerajuim slojem. Za neke ekstremno vlane primene, kao to je zatvoreni prostor, rezervoari tenosti, ili odvodne ahte, vlani uzorak se treba osuiti pre izlaganja detektoru. 3. Osetljivost: IC absorpcija energije je direktno proporcionalna molekularnoj strukturi ugljovodonika (dodatno koncentraciji prisutnih ugljovodonika). Na primer, detektor je najmanje osetljiv na metan (CH4) sa prostom, jednostrukom vezom. Kod propana (C3H8) i butana (C4H10), meutim, osetljivost se dramatino poveava. Primer drastine razlike izmeu osetljivosti meu razliitim ugljovodonicima se moe videti pomou injenice da IC detektor moe biti kalibrisan sa 100% istim metanom, ali samo par procenata zapremine propana ili butana e zasititi sistem. U sluaju primene procenata donje eksplozivne granice (%LEL) ili nie zapaljive granice (LFL), zapreminska koncentracija svakog gasa za dostizanje 100% LFL ili LEL varira, i krive odziva nisu linearne; zbog toga, svaki ugljovodonik mora imati sopstvenu krivu isprogramiranu u sistemu. Za razliku od katalitikog senzora, koji poseduje skoro linearan odziv na gasove u LFL opsegu, IC jedinica zahteva odgovarajua pomona sredstva za linearizaciju izlaza. 4. ivotni vek: IC detektor je ureaj u vrstom stanju koji je zatien unutar standardnog kuita za elektroniku sa filterskim prozorom od safira. Oni imaju dug ivotni vek, slian veini elektronskih ureaja. IC svetlosni izvor tipino poseduje ivotni vek reda od 3 do 5 godina. Ovaj ivotni vek moe se dramatino produiti radom izvora sa manjom energijom od projektovane. Alternativno, IC izvor se moe projektovati tako da se moe lako i jednostavno zameniti kada je to potrebno.

Primena Kao to je prikazano na slici 11, IC detektor reaguje na zraenje generisanjem konstantnog signala, koji se uzima za nultu taku za izvor. Jednom kada se uspostavi i odrava nulta taka, kalibracija opsega se automatski izvrava. Ovo proistie iz injenice da je absorpcija zraenja od strane gasa uvek u istom odnosu, bez obzira na njegov inicijalni intenzitet izvora. Zbog toga, dokle god se odrava nulta taka, tanost detektora ostaje nepromenjena. Ovo je jedna od najveih prednosti IC tehnologije. Meutim, rutinska kalibraciona provera je od neprocenjivog bezbedonosnog znaaja i ne treba biti eliminisana iz bilo kog periodinog odravanja.

Za primene gasnog monitoringa, dizajn jedinice treba biti relativno kompaktan. Uzorkovanje se treba vriti difuzijom. Metode ekstraktivnog tipa koje zahtevaju pumpu za prebacivanje uzorka u detektor su problematinije zbog ogranienog ivotnog veka elektrinog motora i neophodnog odravanja pumpe. IC instrumenti koji se koriste za ove monitoring aplikacije su tipino ogranieni na detekciju viih koncentracija (1% i vie) ugljovodonika i ugljen monoksida. Ugljen dioksid absorbuje infracrveno zraenje vrlo jako, i postoji puno monitora koji mogu detektovati ugljen dioksid u koncentracionim opsezima od 0.1% i vie. Sa filterom za merenja %LEL zapaljivih gasova, centralna talasna duina je tipino na 3.4 mikrona. Ovo je talasna duina veine ugljovodonika i to je takoe talasna duina na kojoj veina gasova derivata ugljovodonika poseduju jaku absorpciju. Sledi lista najeih gasova koji se mogu detektovati pomou ovog detektora: 1. Alkani ili zasieni ugljovodonici kao to je metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, i heptan, itd. 2. Cikloalkani kao to su ciklopropan, cikloheksan, metil cikloheksan, itd. 3. Alkeni ili nezasieni ugljovodonici kao to su etilen, propilen, buten, penten, heksen, okten, itd. Acetilen poseduje absorpciju na 3.1 mikrona to se ne detektuje. 4. Cikloalkeni kao to su cikloheksen i pinen. 5. Aromatici kao to su benzen, toluen, i ksilen. 6. Alkoholi kao to su metanol, etanol, propanol, i alil alkohol. 7. Amini kao to su dimetil amin, trimetil amin, butanamin, ciklopropanamin, i piridini. 8. Eteri kao to su dimetil etar, etil etar, n-propil etar, metilvinil etar, vinil etar, etilen okside, tetrahidrofuran, furan, i 1,4-dioksan. 9. Ketoni kao to su aceton, metil etil keton, pentanon, metil izobutil keton i heptanon. 10. Aldehidi koji poseduju centralnu talasnu duinu uglavnom u 3.55 mikronskoj oblasti i generalno poseduju slab detekcioni signal na 3.4 mikrona. Ugljen dioksid na 4.3 mikrona i ugljen monoksid na 4.6 mikrona poseduje vrlo malu interferenciju od strane drugih gasova.

Zakljuak Detekcija ugljovodonika upotrebom IC ureaja je dostupna ve vie godina. Meutim, zbog puno opcija u dizajnu, osobine i implementacija tehnologije varira puno od jednog proizvoaa do drugog. I pored svega toga, IC detekcija je dobro primljena u mnogim industrijama, ukljuujui i petrohemisku industriju. Kod primena za kontrolu kvaliteta vazduha i bezbednosnih primena, neka uporeenja izmeu IC, poluprovodnikih, i katalitikih senzora sa perlom, koji se koriste za detekciju zapaljivih gasova su data ispod.

1. Trovanje: Ovo je glavni problem kod katalitikih senzora. Razliita hemijska jedinjenja, kao to je vodonik sulfid, silikonska jedinjenja, i hlorova ili fluorova jedinjenja, izmeu ostalih, mogu zatrovati katalizator u senzoru i izazvati gubitak osetljivosti senzora. IC detektori nemaju ovaj problem. 2. Pregorevanje: Katalitiki senzori e pregoreti ako se izloe visokim gasnim koncentracijama. Ponovo, IC detektori nemaju ovaj problem. 3. ivotni vek: Katalitiki senzori imaju ivotni vek od oko 1-2 godine, dok senzori u vrstom stanju (poluprovodniki) tipino traju due od 10 godina. Dobro dizajnirana IC jedinica takoe poseduje ivotni vek dui od 10 godina. 4. Kalibracija: Periodina kalibracija se mora vriti nad svim tipovima senzora. Meutim, na IC jedinicama, dok god se nula odrava ispravno, IC jedinica daje dobar odziv i dobru tanost mernog opsega. Zbog ove karakteristike, nepravilno funkcionisanje IC jedinice se lako prepoznaje. 5. Trajno Izlaganje Gasovima: U primenama koje zahtevaju da detektor bude trajno izloen gasnom toku za monitoring ugljovodonika, katalitiki i poluprovodniki senzori e imati krai ivotni vek. Trajno izlaganje gasovima neizostavno menja karakteristike senzora i vodi do trajnog oteenja. Meutim, kod IC instrumenata, funkcionalne komponente su zatiene optikim delovima, koji su u osnovi inertni na veinu hemikalija. Samo IC zraenje interaguje sa gasom; i zbog toga, dokle su god gasni uzorci suvi i nekorozivni, IC instrumenti se mogu koristiti za monitoring gasnog toka trajno tokom dugog vremenskog perioda. Izborom jedne od tri dostupne tehnologije senzora (IC, poluprovodna, i katalitika), moete prilagoditi reenje za skoro svaku primenu detekcije ugljovodonika.